Сверхтонкие провода для квантовых компьютеров

Возьмите волокно из силикатного стекла, зафиксируйте его, прикрепив одним концом к медленно вращающемуся мотору. Затем равномерно прогрейте до температуры плавления и начинайте осторожно растягивать. Серединная часть волокна будет утончаться, пока не достигнет диаметра около половины микрона — в 200 раз тоньше, чем человеческий волос.

Таким образом, исследователи из Объединенного квантового института при Университете Мэриленда описывают в журнале AIP Advances процедуру изготовления потенциального компонента квантовых информационных устройств — оптического нановолокна со сверхвысокой пропускной способностью.

Подобные нановолокна могут образовывать низкоэнергетичные оптические ловушки для атомов, используемых как элементы памяти в гибридном квантовом компьютере на сверхпроводящих кубитах. Поскольку диаметр волокна, 530 нм, меньше, чем длина волны света, используемого для захвата атомов, происходит утечка части света за пределы провода в виде, так называемой, затухающей волны (evanescent wave). С помощью последней можно удерживать атомы за несколько сот нанометров от поверхности волокна.

Джонатан Хофман (Jonathan Hoffman) с коллегами по JQI работает над атомными ловушками из оптического нановолокна уже несколько лет. Последняя их статья рассказывает о новой процедуре, которая позволяет добиться от ловушек максимальной эффективности благодаря прецизионным методам изготовления нановолокон.

Снижение потерь при передаче на два порядка, в сравнении с предыдущей работой, достигается за счет интенсивной предварительной подготовки и очистки среды, в которой производится растягивание. В процессе изготовления волокно проводят сквозь пламя, чтобы исключить образование устойчивых токов воздуха, ведущих к появлению неоднородностей толщины истончаемого провода. Сжигаемый газ состоит из кислорода и водорода в точной пропорции 1:2, гарантирующей, что единственным продуктом сгорания будет вода. Работа моторов управляется алгоритмом, рассчитывающим оптимальные траектории движения для получения требуемых длины и профиля нановолокна.

В своих будущих исследованиях ученые из Мэриленда рассчитывают изучить возможности удержания атомов, предоставляемые оптическими полевыми структурами более высоких порядков, и связать ловушки со сверхпроводящими цепями, охлажденными в криокамере до 10 милликельвинов.